JPH05261317A - サイクロンセパレータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 サイクロンセパレータにおける粉塵の分離効
率、特に、小粒径の粉塵に対する分離効率が向上するサ
イクロンセパレータ装置を提供する。 【構成】 粉塵を含む流体を上段入口孔２及び下段入口
孔３より、サイクロンセパレータ１に流入し、旋回流５
とする。この時、上段入口孔２及び下段入口孔３は、隣
接する入口孔からの旋回流が干渉しないように配置す
る。 【効果】 隣接する入口孔からの旋回流相互間に、小粒
径の粉塵に対する分離効率を悪化させる干渉現象が発生
しないため、高い分離効率が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は粉塵を含む流体から遠心
力により前記粉塵を分離するサイクロンセパレータエレ
メント及び該サイクロンセパレータエレメントを複数個
配置することにより構成されるサイクロンセパレータに
係わり、特に粉塵の分離効率の改善上重要な小粒径の分
離効率の向上に好適なサイクロンセパレータ装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、大流量の粉塵を含むガス体からそ
の粉塵を分離する装置として、内部に比較的小さい多数
のサイクロンセパレータを有するマルチサイクロンセパ
レータが使用されている（例えば、特公昭５６ー４８２
１９号公報参照）。そのようなマルチサイクロンセパレ
ータの分離効率は、当然内部の単一サイクロンセパレー
タの分離性能により決定されるものであるが、サイクロ
ンセパレータは粉塵を含む流体に旋回流を与え、その旋
回流による遠心力によりその粉塵を流体より分離するも
のであるため、質量の小さい小粒径の粉塵については分
離に必要な十分な遠心力が得られず、小粒径粉塵に対す
る分離性能が著しく低下するという問題があった。この
限界の粒子径は約１０ミクロン程度と言われている。

【０００３】しかし、実際にそのサイクロンセパレータ
で分離補集された粉塵を分析するとその中には１０ミク
ロン以下数ミクロンの粉塵まで含まれており、１０ミク
ロン以下の小粒径の粉塵であってもある割合では分離補
集可能であることが分かる。その理由はサイクロンセパ
レータとは、円筒形本体内部に流入する際に旋回流を与
えられた流体中の粉塵を遠心力により半径方向外側に移
動させて分離するものであるため、当初より本体内部の
半径方向外側に流入した流体中の粉塵については、十分
な遠心力が得られなくても分離可能なためである。

【０００４】次に、上記のサイクロンセパレータ内の流
体の流れ及び粉塵分離の原理を図１０及び図１１を用い
て詳細に説明する。図１０はサイクロンセパレータの縦
断面図、図１１は図１０のＡーＡ断面図である。サイク
ロンセパレータ１内に導入する粉塵を含む流体は、複数
の入口孔１６から円筒状の旋回室５に流入する。旋回室
５に流入した粉塵を含んだ流体は旋回流６となり、下方
に移動する。

【０００５】この間、流体に含まれる粉塵は、遠心力に
より旋回室５内で半径方向外側に移動し、旋回室５の下
部の外周近くに設けられた排出孔７から、少量の流体と
共に排出流８としてサイクロンセパレータ底部９に排出
される。この排出流８の一部は旋回室５の下部中心に設
けられた中心孔１２から再び旋回室５に戻る流体流１３
となる。

【０００６】粉塵を分離した流体は、旋回室５の中心部
に下端開口部１１を有する内管１０を通る流体流１５と
なり、サイクロンセパレータガス排出部１４に導かれ
る。以上が、サイクロンセパレータの原理であるが、図
１１に示すようにサイクロンセパレータ本体に設けられ
た入口孔１６から流入する流体に含まれる粉塵の流入位
置を考えてみると、矢印１８で示すように本体内壁から
離れて旋回室に流入する小粒径の粉塵は、十分な遠心力
が得られないため、旋回室の半径方向の外側に移動でき
ず、内管１０を通る流体流１５と共にサイクロンセパレ
ータ外に排出されてしまうが、矢印１７で示すように流
入孔１６の本体内壁近傍より流入する粉塵は、初めから
旋回室内の半径方向外側に位置するため小粒径で十分な
遠心力が得られなくても分離可能となる。これはサイク
ロンセパレータの長所の一つであり、サイクロンセパレ
ータが直列に数段で用いられるのもこの理由による。

【０００７】このように、サイクロンセパレータの分離
効率を向上させるには、粉塵を分離すべき流体をなるべ
く旋回室の内壁近傍にかつ接線方向より流入させるのが
よい手段である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記の理由から、従来
技術では、サイクロンセパレータの分離効率向上のた
め、旋回室内部に周方向より、内壁近傍に粉塵を含む流
体を流入させるよう入口孔をサイクロンセパレータ胴体
の壁面に設けていた。本発明者らは、より分離効率の高
いサイクロンセパレータを研究開発すべくサイクロンセ
パレータ内の流体及びその流体に含まれる粉塵の流れを
詳細に解析した。その結果、ある入口孔から流入した流
体が別の入口孔から流入した流体と干渉し、旋回室内壁
近傍に流入した粉塵を半径方向内側に移動させてしまう
現象が発生することが判明した。さらに、この移動現象
は粉塵の粒径が小さくなるほど顕著であり、サイクロン
セパレータの分離効率の向上を妨げていることを知覚し
た。この現象を図８及び図９を用いて説明する。

【０００９】図８は図１０に示すサイクロンセパレータ
の断面ＡーＡ部の旋回室内の流体中の粉塵の軌跡の解析
結果を示したものである。また、図９は、図８で示た旋
回室内の流体の流線を円周方向に展開して示たものであ
る。破線１９で示した軌跡は粒径が２０ミクロン以上の
比較的大きな粉塵の軌跡、点線２０で示した軌跡は粒径
が１０ミクロン以下の粉塵の軌跡を示す。軌跡で示され
ているように入口孔１６から流入した流体に含まれる粉
塵は、旋回室内で別の入口孔１６’から流入する流体と
干渉を起こす。この時破線１９で示されている比較的粒
径の大きな粉塵は旋回流による十分な遠心力が得られて
いるため、前記の干渉の影響をほとんどうけず、半径方
向外側に移動し分離可能となっている。一方、点線２０
で示してある小粒径の粉塵は前記の干渉の影響をうけ、
図８でＢ部に示すように粉塵の軌跡が半径方向内側に大
きく偏向させられている。

【００１０】この現象を図９を用いてより詳細に説明す
ると、例えば入口孔１６から旋回室内に流入した流体
は、旋回室への接線方向速度成分２１と、このサイクロ
ンに流入する全流体量と旋回室の断面積で決定される軸
方向の速度成分２２により２３で示す流線を描く。この
時図９のＣ部すなわち入口孔１６の左側に位置する入口
孔１６’の下方端側近傍において、該入口孔１６’から
流入する流体との間で前記の干渉が発生する。つまり、
図９の入口孔１６より流入する流体のうち、Ｄ部より流
入した流体は、前記の干渉をうけることになる。この干
渉は、サイクロンセパレータの分離効率、特に小粒径の
分離効率を低下させる原因となる。

【００１１】本発明の目的は、サイクロンセパレータの
旋回室内で発生している旋回流の上記のような干渉を防
ぎ、サイクロンセパレータの分離効率、特に小粒径に対
する分離効率が向上したサイクロンセパレータ装置を提
供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的は、サイクロン
セパレータにおいて、円筒形の本体内の旋回室に粉塵を
含む流体を導く入口孔を前記本体の壁面に直接開口して
設ける際に、隣接する入口孔からそれぞれ流入する流体
同志が旋回室内で互いに干渉しないように調整して配置
することにより達成される。

【００１３】調整して配置する態様としては、入口孔の
軸方向長さを調整する態様、入口孔間の円筒形胴体の円
周方向の間隔を調整する態様、入口孔を軸方向に複数個
に分割し分割された入口孔の群相互を円筒形胴体の円周
方向にずらして配置する態様、あるいは上記の態様を適
宜組み合わせた態様等の多くの態様が存在し得るもので
あり、サイクロンセパレータの構造や大きさ、流量等の
設計仕様に応じて適宜選択し、その入口孔の配置を決定
すればよい。

【００１４】

【作用】図５〜図７は本発明の目的を達成しうる入口孔
の配置のいくつかの例を示している。この例のものを用
いて本発明の原理及び作用を説明する。図５〜図７共
に、前記図９と同様に旋回室内の流体の流線を円周方向
に展開して示たものである。図５は、前記の図９のＣ部
で示したような旋回流の干渉発生部を無くするために、
入口孔１６の軸方向長さを短縮した場合であり、図６は
軸方向長さは変えずに入口孔間の円周方向の距離を長く
した場合である。図から明らかなようにどちらの場合も
旋回流の干渉が発生しなくなり、サイクロンセパレータ
の分離効率を向上させることができる。

【００１５】また、図７は、入口孔を円筒形胴体の軸方
向に上段入口孔２と下段入口孔３の２つに分割し、それ
ぞれを円周方向にずらして配置したものである。この手
段では、入口孔の面積を従来技術とほぼ同等にすること
ができるので、サイクロンセパレータの流体処理量を従
来のものと同様に保ったまま粉塵の分離効率を向上させ
ることができる。

【００１６】

【実施例】以下、添付の図面を参照した実施例の説明に
基づき、本発明をより詳細に説明する。図１は本発明に
よるサイクロンセパレータの一実施例を示す縦断面図で
あり、前記図１０に示す従来のサイクロンセパレータの
入口孔１６を上段の入口孔２及び下段の入口孔３の二つ
の群に軸方向に分割し、分割したそれぞれの群を円周方
向に所定距離ずらして配置している。ずらす距離につい
てはサイクロンセパレータの設計仕様に基づく全流体
量、旋回室の断面積、入口孔の面積等の値に基づき計算
により求めることができる。このサイクロンセパレータ
の構成は入口孔の構成を除き図１０に示したサイクロン
セパレータと同一であるので、同一の部材には同一の符
号を付すことによりその説明は省略する。図２は図１の
ＡーＡ断面図、図３は図１のＢーＢ断面図である。

【００１７】次に動作を説明する。粉塵を含んだ流体
は、サイクロンセパレータ１の本体壁面に設けられた上
段の入口孔２及び下段の入口孔３より円筒状の旋回室５
に流入する。旋回室５に流入した粉塵を含む流体は旋回
流６となり、下方に移動する。この時、サイクロンセパ
レータに内に流体を導く入口孔は上段の入口孔２及び下
段の入口孔３の軸方向の２つに分割され、かつ円周方向
に設計仕様に基づき算出された所定距離だけずらして配
置してあるため、分離効率の低下を招く旋回流の干渉現
象は発生しない。その後のサイクロンセパレータ内の流
体に流れは図１０で説明したのと同一である。したがっ
て、本実施例によれば、サイクロンセパレータの分離効
率、特に小粒径の粉塵に対する分離効率を向上させるこ
とができる。

【００１８】上記したように、設計仕様において分離す
べき流体の総流量をいくぶん低減してもよいような場合
には、入口孔の軸方向長さを従来仕様よりも短縮し周方
向は従来仕様と同じ間隔としておく配置、あるいは入口
孔の軸方向長さは従来仕様と同じとして周方向の距離を
従来仕様のものよりも幾分幅広とする配置等の配置態様
も実施可能である。

【００１９】また、図１に示すサイクロンセパレータ１
を複数個一つの容器内に配置することにより分離効率の
一層向上したマルチサイクロンセパレータを構成できる
ことは容易に理解されよう。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、サイクロンセパレータ
旋回室内で発生していた旋回流の干渉現象を防ぐことが
でき、特に小粒径の粉塵に対して働いていた、半径方向
内側への流体力を削除することができ、サイクロンセパ
レータの分離効率、特に小粒径の粉塵に対する分離効率
を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によるサイクロンセパレータの一実施
例の縦断面図。

【図２】 図１のＡーＡ断面図。

【図３】 図１のＢーＢ断面図。

【図４】 本発明による入口孔の配置の他の例を示す
図。

【図５】 本発明による入口孔の配置のさらに他の例を
示す図。

【図６】 本発明による入口孔の配置のさらに他の例を
示す図。

【図７】 図９のＡーＡ断面における粉塵の軌跡を示す
説明図。

【図８】 図９のＡーＡ断面における粉塵の軌跡を円周
方向に展開して示した説明図。

【図９】 従来例のサイクロンセパレータの説明図。

【図１０】 図９のＡーＡ断面図。

【符号の説明】

１…サイクロンセパレータ本体、２…上段入口孔、３…
下段入口孔、５…旋回室、６…旋回流、７…排出孔、８
…排出流、９…サイクロンセパレータ底部、１０…内
管、１１…下端開口部、１２…中心孔、１３…流体流、
１４…サイクロンセパレータガス排出部、１５…流体
流、１６…入口孔、１７、１８…粉塵の流入位置、１９
…大粒径粉塵の軌跡、２０…小粒径粉塵の軌跡、２１…
接線方向速度成分、２２…軸方向速度成分、２３…流線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久下沼 修一 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 小山 俊太郎 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒形の本体と、該本体内に粉塵を含む
   流体を導くための複数の入口孔を、前記本体の壁面に直
   接、複数個円周方向に開口して形成し、該入口孔を経る
   ことにより前記本体内に導入される前記粉塵を含む流体
   に旋回流を生じさせ、その遠心力により粉塵を含む流体
   から該粉塵を分離するサイクロンセパレータにおいて、
   前記入口孔から流入した流体がそれとは別の流入孔から
   流入した流体と干渉しないようにそれぞれの流入孔を配
   置することを特徴とするサイクロンセパレータ。
2. 【請求項２】 前記入口孔の配置は、それぞれの入口孔
   を円筒形本体の軸方向に複数個に分割しかつそれぞれ分
   割された入口孔を円筒形本体の円周方向にそれぞれずら
   して配置することを特徴とする、請求項１記載のサイク
   ロンセパレータ。
3. 【請求項３】 請求項１叉は請求項２記載のサイクロン
   セパレータを複数個設置したことを特徴とするマルチサ
   イクロンセパレータ。